Nanostimulatorer booster stamceller til muskelreparation

I regenerativ medicin, en ideel behandling for patienter, hvis muskler er beskadiget på grund af iltmangel, ville være at styrke dem med en indsprøjtning af deres egne stamceller.

I en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet ACS Nano , forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign demonstrerede, at "nanostimulatorer" - nanopartikler udsået med et molekyle, kroppen naturligt producerer for at få stamceller til at hele sår - kan forstærke stamcellernes regenerative kræfter i et målrettet lem hos mus.

"Vi ønskede at udnytte stamcellernes naturlige funktioner og de stimulerende faktorer til at adressere muskeliskæmi lokalt, " sagde studieleder Hyunjoon Kong, en Robert W. Schafer professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved Illinois.

Muskeliskæmi, eller skade på muskler fra begrænset ilt- eller blodforsyning, kan skyldes flere årsager, såsom skade på en lem eller perifer arteriesygdom. Stamceller, der stammer fra en patients eget fedtvæv, er kendt for at producere faktorer, der får nye blodkar til at vokse ind i den beskadigede muskel, genoprette ilt og næringsstoffer, og til at modulere inflammation i det beskadigede væv. Imidlertid, in vivo eksperimenter har vist begrænsede fordele, da stamcellernes aktivitet synes at falde efter injektion i musklen.

Et naturligt produceret molekyle i kroppen kaldet tumornekrosefaktor alfa kan anspore stamcellerne til at udskille flere af de ønskede faktorer. Andre undersøgelser har forsøgt at inkubere cellerne med TNF-alfa før injektion, men virkningerne forsvinder hurtigt, sagde Kong.

Illinois-teamet besluttede at prøve at binde TNF-alfa direkte til stamcellerne, skabe nanostimulatorer - nanopartikler blandet med TNF-alfa. Nanopartiklerne binder sig til en receptor på overfladen af ​​stamcellerne, leverer lokaliseret, målrettet og udvidet levering af TNF-alfa.

"Den primære fordel ved stamceller mod vævsregenerering er ikke nødvendigvis cellernes evne til at erstatte tabt væv, men for at frigive gavnlige vækstfaktorer og cytokiner, der hjælper i processen, " sagde studie medforfatter Marni Boppart, professor i kinesiologi og samfundssundhed. "Nanostimulatorerne gør det muligt for celler at frigive de gavnlige faktorer længere, end de ellers ville. Dette giver en væsentlig fordel, især når celler transplanteres ind i sårede, sygt eller ældet væv."

Forskerne testede deres tilgang på mus med kirurgisk induceret iskæmi i et af deres bagben. De isolerede stamcellerne fra fedtvæv, blandede dem med nanostimulatorerne og injicerede dem lokalt i musens berørte ben.

Forskerne så øget blodgennemstrømning og iltniveauer i de iskæmiske ben. De så også forbedringer i mobilitet - de behandlede mus kunne gå længere afstande, og deres ben var stærkere.

"Vi foreslår, at denne metode er bedre end metoder, der kræver kemisk forkonditionering, som kan påvirke stamcellernes levedygtighed, tager 24 timers eller mere dyrkning og har tidsbegrænsede virkninger, " sagde Kong. "Vores idé er at indsamle fedtvæv på operationsstuen, adskille stamcellerne, bland nanostimulatorerne i og injicer dem igen til patienten - alt sammen i én procedure."

Forskerne advarer om, at yderligere arbejde er nødvendigt for at optimere betingelserne for stamcellehøst og forberedelse, og at studere effekterne på længere sigt.

"Perifer arteriesygdom kan forårsage invaliderende smerter og langvarig handicap. Desværre, der er ingen konsekvent effektive behandlinger for denne tilstand, " Boppart sagde. "Denne undersøgelse er vigtig, fordi den viser kapaciteten for modificerede stamceller til effektivt at behandle PAD i en præklinisk model, repræsenterer et skridt tættere på at lindre smerte hos mennesker."